Bei Metallen nimmt der elektrische Widerstand mit der Temperatur zu, bei Halbleitern nimmt er ab. Warum ist das so?

Wie im Artikel über die Leiter beschrieben, hängt die Leitfähigkeit an der Beweglichkeit der Elektronen. Bei Metallen sind die Elektronen sowieso beweglich weil sie ungehindert in das Leitungsband wechseln können. Diese hohe Leitfähigkeit wird aber behindert durch die thermische Bewegung der Atome. Je wärmer es ist, desto mehr bewegen sich die Atome und desto häufiger stoßen die Elektronen auf ihrer Bewegung durch das Metall mit ihnen zusammen. Die Leitfähigkeit sinkt. Das ist z.B. der Grund warum der Einschaltstrom einer traditionellen Glühlampe recht hoch ist. Erst wenn sie Betriebstemperatur erreicht hat, hat sie auch den höheren Widerstand passend zu ihrer Nennleistung. Misst man den Widerstand im kalten Zustand mit einem Ohmmeter, kommt man auf eine zu hohe Leistungsaufnahme. Um die Leistung einer Glühlampe zu messen, muss man im Betrieb Spannung und Strom messen.

Ein Halbleiter dagegen hat noch eine kleine Lücke zwischen Valenz- und Leitungsband. Im kalten Zustand leitet er schlecht. Erst die thermische Energie bringt die Elektronen vom Valenz- ins Leitungsband. Der Halbleiter gewinnt also an Leitfähigkeit mit der Temperatur. Sein Widerstand sinkt. Deshalb „sterben“ Transistoren in schlecht ausgelegten Schaltungen auch leicht den Hitzetod. Ein im kalten Zustand sauber eingestellter Arbeitspunkt verschiebt sich bei steigender Temperatur zu höherer Leistung was dann noch mehr Leitfähigkeit und noch mehr Leistung noch mehr Temperatur bedeutet. Schnell ist dann die maximal zulässige Verlustleistung überschritten und das Bauteil geht kaputt.

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